Mały kleszcz bydlęcy powoduje duże straty ekonomiczne dla rolników i hodowców na całym świecie. Pionierska badaczka z Uniwersytetu Nevada w Reno w dziedzinie badań nad kleszczami, które mają pomóc w zmniejszeniu częstości występowania boreliozy u ludzi, została obecnie uhonorowana prestiżową nagrodą Fulbright US Scholar Award za zastosowanie swoich badań do znalezienia skutecznych sposobów zwalczania kleszczy siejąc spustoszenie wśród bydła.

Monika Gulia-Nuss, profesor nadzwyczajny i dyrektor programowy dla absolwentów na Wydziale Biochemii i Biologii Molekularnej Uniwersyteckiego Kolegium Rolnictwa, Biotechnologii i Zasobów Naturalnych, ściśle współpracuje z badaczami w Urugwaju, gdzie rząd krajowy jest zaangażowany w ochronę swoich zasobów ważnego przemysłu bydlęcego przed szkodami gospodarczymi powodowanymi przez kleszcze bydlęce, które szacuje się na straty znacznie przekraczające 30 milionów dolarów rocznie. Do 90% bydła zakażonego gorączką przenoszoną przez kleszcze umiera, podczas gdy uszkodzenia skóry bydła przez kleszcze wpływają na przemysł skórzany, a choroby przenoszone przez kleszcze zmniejszają również produkcję mleka.

Gulia-Nuss dokonał już przełomu w zrozumieniu kodu genetycznego kleszczy, poczynając od kleszcza jeleniowatego, który przenosi bakterie wywołujące boreliozę, które zakażają ludzi. W ciągu ostatniej dekady jej laboratorium opracowało innowacyjne narzędzia do analizy i modyfikowania zdolności kleszczy jeleniowatych do rozprzestrzeniania patogenów.

Ogólnie rzecz biorąc, modyfikacja genetyczna polega na wstrzyknięciu materiału genetycznego wraz ze znacznikiem fluorescencyjnym do maleńkiego zarodka – niezależnie od tego, czy jest to kleszcz, komar czy większe zwierzę – tak, aby naukowcy mogli obserwować aktywność docelowego genu.

Jednak próby wstrzyknięcia jaj kleszczy, które mają twardą zewnętrzną skorupę, panujące pod wysokim ciśnieniem i twardą powłokę woskową, którą samice kleszczy zapewniają dodatkową ochronę, napotykają na przeszkody. Około dwa lata temu Gulia-Nuss i jej mąż, badacz, Andrew Nuss, profesor nadzwyczajny na Wydziale Rolnictwa, Weterynarii i Nauk o Terenach Wypasu Uniwersytetu, ogłosili, że pomyślnie pokonali te wyzwania, otwierając drzwi do wstrzykiwań do zarodków kleszczy i możliwych modyfikacji genetycznych.

„Istnieje ogromne zapotrzebowanie na rozwój narzędzi genetycznych do badań nad kleszczami” – stwierdziła Guila-Nuss. „Nasze metody wykrywania kleszczy jeleniowatych zostały już przyjęte w wielu laboratoriach na całym świecie, a wielu naukowców w naszych laboratoriach przeszkoliliśmy w zakresie wdrażania tych metod”.

Bardziej złożona tajemnica

Gulia-Nuss przyznała jednak, że kleszcz bydlęcy stanowi znacznie trudniejszą zagadkę genetyczną niż kleszcz jeleniowaty. Zacznijmy od tego, że genom kleszcza bydlęcego jest duży i złożony – jest dwukrotnie większy od genomu ludzkiego – a genom nie został jeszcze w pełni zmapowany.

Jest to niezwykle ważne, ponieważ Gulia-Nuss stara się zidentyfikować geny kleszczy bydlęcych, które mogłyby zostać wykorzystane do kontroli genetycznej lub ulepszonych pestycydów. Alternatywnie, lepsze zrozumienie genetyki kleszczy mogłoby pozwolić na opracowanie skutecznych szczepionek dla bydła będącego żywicielem kleszczy.

Gulia-Nuss i Michael Pham, pracownik naukowy na Wydziale Biochemii i Biologii Molekularnej, udadzą się w czerwcu do instytutu INIA Colonia w południowo-zachodnim Urugwaju. Tam Gulia-Nuss i Pham, którzy również prowadzą badania w ramach Uniwersyteckiej Stacji Doświadczalnej, będą współpracować z badaczami Alejo Menchacą z INIA i Pablo Fresią z Instytutu Pasteura w Montevideo w Urugwaju, aby stworzyć zestaw, w którym będą hodowane kleszcze i przygotowane do zastrzyków, które pozwolą zrozumieć funkcje genów.

Na początku 2025 r. Gulia-Nuss wróci do Urugwaju na trzymiesięczną kadencję wspieraną przez nagrodę Fulbright US Scholar Award. W tym czasie wstrzyknie tysiące zarodków kleszczy, aby lepiej poznać ich działanie genetyczne. Spodziewa się także rozpocząć pewne modyfikacje genetyczne.

Biorąc pod uwagę wielkość genomu kleszcza bydlęcego i luki w istniejącej wiedzy, badacze będą gotowi pokonać wyzwania.

„Jednakże podejmujemy wyzwanie, a nasza wcześniejsza praca z dwoma innymi genomami kleszczy pomoże nam uporać się z problemami, które mogą się pojawić” – stwierdziła Gulia-Nuss.

Współpraca międzynarodowa

Wysoce konkurencyjne nagrody Fulbright US Scholar Awards – co roku zatwierdzane jest tylko około 10% kandydatów – mają na celu budowanie współpracy między naukowcami ze Stanów Zjednoczonych i badaczami z innych części świata. Nagrody pokrywają koszty podróży, zakwaterowania i innych wydatków badaczy; instytuty w krajach przyjmujących same finansują badania.

Rząd Urugwaju zdecydowanie wspiera badania nad kleszczami bydlęcymi. Jeszcze 25 lat temu straty gospodarcze spowodowane przez kleszcze bydlęce w Urugwaju szacowano na prawie 33 miliony dolarów rocznie. Obecnie jedyną metodą zwalczania kleszczy u bydła jest intensywne stosowanie chemicznych środków owadobójczych. Jednak kleszcze rozwijają odporność na te chemikalia, a utrzymujące się pozostałości chemikaliów mogą ograniczać zdolność hodowców do sprzedaży swoich zwierząt.

Chociaż kleszcz występuje w Stanach Zjednoczonych tylko w cienkim pasie wzdłuż południowej granicy z Meksykiem, można go spotkać w innych miejscach, w prawie każdym tropikalnym lub subtropikalnym regionie świata, gdzie ludzie hodują bydło. Urugwaj należy do regionów najbardziej dotkniętych.

„Gospodarka Urugwaju jest w dużym stopniu uzależniona od rolnictwa, zwłaszcza bydła. Kleszcze pomoru bydła stanowią ogromny problem gospodarczy w kraju, dlatego rząd Urugwaju angażuje się w badania mające na celu opracowanie genetycznych metod zwalczania kleszczy” – stwierdziła Gulia-Nuss.

Dlatego szczególnie godne uwagi jest – stwierdziła – fakt, że naukowcy z Urugwaju poszukiwali współpracowników w odległej Nevadzie.

„Urugwaj przyznaje tylko jedną nagrodę naukową Fulbrighta rocznie” – powiedziała Gulia-Nuss. „Zdobycie tej nagrody na Uniwersytecie Nevady w Reno podkreśla jakość badań prowadzonych na naszym uniwersytecie. Nasz zespół, który pracował nad badaniami nad kleszczami, jest niezwykle zaszczycony i podekscytowany możliwością współpracy z naszymi kolegami z Urugwaju nad tym ważnym projektem”.